低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)在礦山地形測繪中的應(yīng)用探究

毛建華

（江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330095）

隨著無人機(jī)技術(shù)、航拍技術(shù)、定位技術(shù)和圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了測繪技術(shù)的飛躍發(fā)展，與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比而言，現(xiàn)代化的低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，不僅大量減少了人力資源，縮短了測繪周期，更是實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測繪、現(xiàn)代化測繪的目的，提高了測繪效率[1]。低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)是比較常用的快速形成大比例尺數(shù)字地形圖的一種重要的手段，有效的提高了礦山地形測繪效率，提高了測繪效益。

1 低空輕型無人機(jī)的基本概況

低空輕型無人機(jī)一般指的是飛行高度小于500m的無人機(jī)，該類無人機(jī)具有較小的體積，較輕的重量和低空飛行的特點(diǎn)，其飛行可靠程度較高，一般采用4旋翼組成[2]。低空輕型無人機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)一般分為兩部分，一是飛行器，主要指標(biāo)包含了無人機(jī)的重量、最大水平飛行速度（可達(dá)50km/h）、最大飛行時(shí)間（約30min）、可承受最大風(fēng)速（10m/s）、工作環(huán)境的溫度（0℃～40℃）；二是傳感器及鏡頭，傳感器和鏡頭直接影響著航拍影像的質(zhì)量，因此，在低空輕型無人機(jī)中一般采用2000萬像素的影像傳感器和8.8mm的焦距。此外，低空輕型無人機(jī)與其他無人機(jī)相比而言，具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是輕型無人機(jī)的成本極低，價(jià)格遠(yuǎn)小于其他無人機(jī)；二是低空輕型無人機(jī)重量輕，體積較小，便于攜帶，其安裝步驟也極為簡單，安裝所需時(shí)間也極少；三是低空輕型無人機(jī)的操作步驟極為簡單，不需要經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，并具有自動(dòng)起飛、拍攝、返航、降落的特征，即自動(dòng)化程度極高；四是低空輕型無人機(jī)降落的場所要求低，僅幾平方米的范圍可以滿足該類無人機(jī)的起飛與降落。低空輕型無人機(jī)因具有上述優(yōu)越的條件，在礦山地形測繪中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)在礦山地形測繪中的應(yīng)用

2.1 低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)外業(yè)作業(yè)流程

通常來說，礦山地形測繪工作分為內(nèi)業(yè)和外業(yè)兩部分，外業(yè)測繪工作是整個(gè)礦山地形測繪工作的主體，外業(yè)的測繪質(zhì)量也影響著后期室內(nèi)數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量。因此，在外業(yè)測繪過程中要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行，將可能的影響因素排除或者盡可能的較低不良因素的影響。

外業(yè)測繪的流程見圖1。

圖1 低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)外業(yè)作業(yè)流程示意圖

2.2 外業(yè)航空攝影的設(shè)計(jì)

外業(yè)航空攝影的設(shè)計(jì)工作是根據(jù)低空輕型無人機(jī)的基本特征，按照無人機(jī)的飛行狀況結(jié)合需測繪區(qū)域的地形地貌狀況而制定的，如某礦山根據(jù)礦山海拔特征，可劃分為3個(gè)攝影分區(qū)；飛行高度設(shè)計(jì)為420m，地面分辨率為0.11cm，航線沿礦山范圍中線布置，其角度為155°，設(shè)定無人機(jī)飛行速度為10m/s，攝像速度為1/1000s，采用航點(diǎn)懸停拍照模式，根據(jù)礦山面積計(jì)算出航線的總長度，并計(jì)劃拍攝208張相片。

2.3 外業(yè)航空攝影

外業(yè)航空攝影相片的質(zhì)量高低是制約測繪總體質(zhì)量的重要影響因素，因此，為了提高航空攝影相片的質(zhì)量，必須保證低空輕型無人機(jī)的飛行質(zhì)量，根據(jù)前文該類無人機(jī)特征可知，低空輕型無人機(jī)受天氣變化影響較大，因此，一般選擇天氣晴朗、大氣透明度高、飛速極為緩慢的時(shí)間執(zhí)行計(jì)劃，通常情況下，中午時(shí)分為每天較好的飛行時(shí)間段。此外，在飛行過程中要嚴(yán)格按照事先設(shè)計(jì)好的飛行分區(qū)進(jìn)行，在完成飛行任務(wù)之后，要及時(shí)對(duì)相片的位置、數(shù)量和拍攝質(zhì)量等開展檢查工作，對(duì)于不符合要求的相片，要及時(shí)補(bǔ)拍，保證最終獲得的相片質(zhì)量可以滿足礦山測繪的基本要求。

2.4 外業(yè)像控點(diǎn)布置與測量

像控點(diǎn)的布設(shè)是提高航空測繪質(zhì)量及精度的有效措施，一般按照區(qū)域網(wǎng)四角布設(shè)平高控制點(diǎn)，并按照一定的間距和航向、旁向重疊的方式布設(shè)4條～5條基線[2]。此外，在不同分區(qū)影像的結(jié)合部位也需要布設(shè)相應(yīng)的像控點(diǎn)，而檢查點(diǎn)一般均勻的布設(shè)在礦山范圍內(nèi)。如某礦區(qū)根據(jù)礦山面積和航測分區(qū)共布設(shè)平高控制點(diǎn)14個(gè)，檢查點(diǎn)12個(gè)。

2.5 內(nèi)業(yè)中地形數(shù)據(jù)的采編

在完成上述外業(yè)操作的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)業(yè)地形數(shù)據(jù)的采編工作，在此之前，需要進(jìn)行空中三角測量工作，計(jì)算外業(yè)拍攝影像的平面坐標(biāo)，在處理平臺(tái)中完成各個(gè)像片的拼接工作，并完成同名像點(diǎn)的轉(zhuǎn)點(diǎn)、粗差剔除、像控點(diǎn)聯(lián)測、區(qū)域網(wǎng)約束平差、校正等工作，盡可能的消除相機(jī)畸變參數(shù)，使其滿足礦山地形圖比例尺的基本精度要求。在完成空中三角測量數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，將處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入MapMatrix4.2軟件，進(jìn)行內(nèi)定向、相機(jī)畸變、去測平均高程等參數(shù)的建立工作，并進(jìn)行礦山地形數(shù)據(jù)的采編工作[3]。采編工作完成之后，根據(jù)自動(dòng)生成的礦山地形圖中所表達(dá)的內(nèi)容進(jìn)行檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)處理，并進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪工作，調(diào)繪完成后再經(jīng)過上述步驟的操作生成地形圖，直至將地形圖中的錯(cuò)誤逐一調(diào)整后，生成最終的地形圖。此外，低空輕型無人機(jī)受天氣影響較大，因此，在無人機(jī)飛行過程容易出現(xiàn)飛機(jī)飛行不平衡等現(xiàn)象，導(dǎo)致相機(jī)存在畸變，降低分辨率等問題。為了有效的提高低空輕型無人機(jī)的飛行質(zhì)量，可選擇天氣好、風(fēng)力較小的時(shí)間段進(jìn)行。由于低空輕型無人機(jī)的飛行時(shí)間和飛行高度受限較嚴(yán)重，因此，在飛行過程中一般采用分區(qū)飛行的方式進(jìn)行航測，可以有效的提高飛行質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，本文以低空輕型無人機(jī)為研究對(duì)象，講述了該類無人機(jī)的基本特征，并結(jié)合某礦山地形測繪工作，講述了低空輕型無人機(jī)在礦山地形測繪中的應(yīng)用，分析了該類無人機(jī)在礦山測繪中的操作步驟及注意事項(xiàng)，與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)和其他無人機(jī)測繪技術(shù)相比，低空輕型無人機(jī)航測技術(shù)具有操作簡便、成圖快、成本低的特點(diǎn)，且該類無人機(jī)更適用于山區(qū)復(fù)雜的地形地貌區(qū)域，具有較廣闊的應(yīng)用前景。